本文原刊登于Ansys.com：《Ansys AVxcelerate Sensors Software Leverages NI-RDMA for Hardware-in-the-loop (HiL) Testing》

作者：Lionel Bennes | Ansys高級產品經理

編輯整理：劉宏鯤 | Ansys高級應用工程師

原始設備制造商（OEM）和供應商正在潛心研究、不懈努力地推進自動駕駛技術。要想獲得足夠的推動力，從L2級升級到L3級（可移開視線）甚至更高自動駕駛級別，關鍵在于運行設計域（ODD）的演進發展（ODD是使自動駕駛汽車能夠安全運行的一組運行條件）。

為了實現駕駛員可將視線離開道路的自動駕駛水平，汽車行業必須證明系統的安全性符合預期功能安全（SOTIF）以及自動駕駛安全優先（SAFAD）的要求。SOTIF（ISO 21448）和SAFAD（ISO/TR 4804）都強調了自動駕駛汽車安全驗證的重要性，首先是在HiL測試中進行驗證，然后是針對選定的用例，在實際道路測試中進行驗證。

隨著ODD的不斷發展和擴展，在數百萬種場景和難以記錄的邊緣案例下測試車輛感知性能變得更加關鍵。為了解決這些新的感知挑戰，市場正在轉向采用高分辨率攝像頭（800萬像素及以上）、高分辨率成像毫米波雷達和高分辨率激光雷達。此外，擴展的ODD驗證覆蓋范圍也使仿真變得更加重要。這些解決方案可生成大量數據，以便在仿真和最終車輛中進行傳輸和處理。

2024 R1版Ansys AVxcelerate Sensors自動駕駛汽車傳感器仿真軟件包含了一項重要的增強功能，可用于在結合仿真系統與真實系統的硬件在環環境中進行感知軟件測試。這種基于物理的解決方案現在與NI提供的基于RoCE（基于融合以太網的遠程直接內存訪問）的HiL基礎架構相兼容，以支持驗證更高級別感知所需的大規模、實時和低時延數據交換。由于Ansys攝像頭仿真已經在生產環境中與芯片上的工業級感知軟件配合使用，因此RDMA兼容性將進一步提高該解決方案的實用性。

使用合成仿真數據的HiL工作臺測試將優先考慮安全合規性

由于緊鄰生產環節，復雜軟件系統的測試和驗證將不可避免地包括HiL工作臺測試。HiL測試臺匯總了來自攝像頭、激光雷達和雷達等各種傳感器的合成仿真數據輸入，能夠更準確地評估自動駕駛汽車（AV）系統。

利用HiL測試，可以解決系統驗證中最具挑戰性的方面：基于經過數據訓練的深度神經網絡來評估傳感器感知功能。該測試是研發過程中的寶貴工具，因為它是距離大規模生產最近的前置步驟。HiL測試中出現的任何問題，都可以通過在此階段負責控制特定功能的電子控制單元（ECU）或嵌入式系統來解決。

由于感知算法的復雜性，我們無法依靠以理論分析為主的傳統驗證方法來驗證，也無法依賴像OTA攝像頭和顯示器硬件在環等已顯示出局限性的測試方式。相反，感知算法必須根據大量合成仿真數據進行測試。此時，就需要通過仿真進行直接數據注入，以確保注入數據在傳輸過程中保持質量，同時還無需用攝像頭進行監控校準。

通過仿真進行直接數據注入可提高工作臺測試的準確性

如今，高分辨率傳感器為HiL工作臺帶來了技術限制，而這一挑戰，與通過HDMI或DisplayPort將合成視頻數據傳輸到HiL工作臺的傳統方法有關。這些端口造成了全高清分辨率和數據傳輸限制，無法滿足自動駕駛環境對實時響應率的需求。

基于仿真原始信號的直接數據注入，則提供了一種可行的解決方案，可實現在HiL工作臺上測試感知功能。用于測試攝像頭芯片的傳統HiL技術，例如OTA攝像頭捕捉技術，不允許工程師保存真實攝像頭圖像的高動態或對其進行仿真，尤其是針對夜間駕駛等場景。由于缺少高動態范圍，攝像頭的圖像信號處理（ISP）無法得到適當的激勵，因此來自芯片的反向信道數據無法整合到仿真循環中。

利用直接數據注入，可對傳感器的環境和硬件/光學方面進行全面仿真，而且僅將原始信號注入到處理硬件和軟件的最后部分，這樣可實現更準確的HiL工作臺測試和AV感知驗證。利用原始數據注入，芯片及其圖像信號處理器（ISP）會受到相關數據的激勵。這樣，整體行為與現實一致，并且可以在仿真循環中考慮反向信道數據。這意味著可以使用其原始系列固件對ECU進行測試，而無需在測試前將其設置為特殊的“HiL模式”。

對于高分辨率攝像頭或多傳感器仿真，大量占用CPU資源的數據傳輸通常是妨礙HiL工作臺實現絕對實時性要求的一大挑戰。不過，AVxcelerate 2024 R1版本中，包含了NI RDMA傳輸功能，能夠應對這一挑戰并促進數據的順暢傳輸。

Ansys AVxcelerate Sensors Software + NI RDMA

Ansys與NI（現為愛默生旗下公司）正在合作為HiL驗證提供實時、物理逼真的高分辨率攝像頭合成數據，以解決測試限制問題。為此，他們開發了一種由NI RDMA和Ansys AVxcelerate Sensors軟件提供支持的閉環仿真方案，使客戶能夠通過NI實時硬件攝像頭接口板將實際仿真數據直接注入受測器件（DUT）的輸入端口。為了評估受測ECU的相關行為，必須注入準確的合成數據，而這就是需要物理精確仿真的主要原因。AVxcelerate軟件基于物理的高保真度仿真，有助于在完全動態的24位原始數據圖像中保存完整的場景信息。因此，成像器光譜范圍自適應、HDR成像器/DSP仿真和多曝光感知策略都能夠加以應用。

在AVxcelerate Sensors應用中，可以實時生成圖像子集，以獲得快速、可驗證的結果。與使用傳統仿真技術相比，Ansys軟件可在極短的時間內實現經過驗證的攝像頭計算機視覺（CV）。

NI RDMA是這個閉環系統的一部分，它能夠以低時延和高帶寬傳輸大量合成數據，并實時托管高分辨率攝像頭饋送。本質上，NI RDMA驅動軟件支持兩個或多個系統使用RDMA技術（RoCE）通過融合以太網交換數據。它提取了RDMA兼容接口編程的低層細節，并具有簡單高效的應用編程接口（API）來傳輸數據。NI還通過開發軟件開發套件（SDK）進一步擴展了這些功能，該套件可與遵循相同開放性和系統兼容性方法的仿真環境實現簡單、快速以及與供應商無關的連接。

讓自動駕駛感知更清晰的強大組合

Ansys AVxcelerate Sensors仿真軟件、NI硬件和基于融合以太網鏈路的RDMA可創建與物理世界的連接或環路，使OEM廠商能夠在實際車輛上放置傳感器，以進行進一步測試和驗證。通過這種閉環解決方案，客戶可以將虛擬原型如何與運行感知算法的硬件和實時系統進行交互可視化，并進行分析與驗證。該解決方案增強了測試環境和接口功能，包含完整的操作系統、應用堆棧和硬件，并且，還可以擴展以重放測試，通過測試感知算法和充分激勵高級駕駛輔助系統（ADAS）ECU，將仿真數據與記錄的真實世界數據進行比較和對比。

Ansys與NI的合作有助于提升車輛感知技術的精準度，幫助汽車企業在研發過程中快速、安全地掌握相關技術，從而獲得顯著優勢。